用于提取外周血DNA微流控样品预处理芯片的研制

基于固相萃取原理和微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)技术研制了一种多孔氧化硅微流控样品预处理芯片, 并利用具有大比表面积的多孔氧化硅作为提取DNA的固相载体, 从而大大提高了DNA的提取产率. 分析了影响DNA提取产率的因素, 改进了芯片制备工艺和DNA提取实验方案, 成功地提取了小鼠外周血DNA, 提取产率为24 ng/(μL全血), 达到商用试剂盒水平. 同时以该DNA作为PCR扩增模板, 扩增效果良好.     

反射相移对MEMS滤波器半峰全宽影响分析

以典型的基于MEMS的FP腔结构为例,用传输矩阵方法推导了考虑反射相移的半峰全宽的解析表达式.利用此解析表达式分别模拟了考虑反射相移的半峰全宽与干涉级次和FP腔两反射镜间距的关系,并将其与不考虑反射相移的半峰全宽进行了对比;同时将反射相移和反射率对半峰全宽的影响进行了比较分析.     

基于捷联惯性导航的非开挖管道位置检测系统

非开挖技术敷设的管道往往深度较大,常出现穿越河流和湖泊的情况,向管道探测提出更大挑战。设计一种基于捷联惯性导航原理的非开挖管道位置检测系统,完成管道坐标的检测、存储与显示。检测器以STM32为控制核心,以MEMS惯性传感器和里程轮为数据采集单元；存储的数据由MATLAB读取并进行三维显示。重点阐述系统组成和惯性导航基本原理。针对惯性传感器随机噪声影响定位精度的问题,利用卡尔曼滤波算法对姿态信息进行最优估计。在15m长的管道内进行两组检测实验,验证磁场对系统检测精度是否产生影响,三个轴向的最大的测量偏差为0.64m。结果表明,该系统可以为地下管道管理提供一种有效的位置检测手段。     

“叉指”式静电伺服微加速度计敏感芯片的设计

“叉指”式静电伺服微加速度计具有零频率响应、精度高、可批量加工等优点，成为中高精度加速度计的主要研究对象。利用MEMS技术加工这种加速度计敏感芯片的各组件是波形加工的，无需装配，这个一次加工成型的芯片应同时满足微加速度计的多项性能指标，故设计时需兼顾多个参数。     

纳米多晶硅薄膜电阻压力和加速度多功能传感器（英）

基于纳米多晶硅薄膜电阻的多功能传感器由压力传感器和加速度传感器构成。纳米多晶硅薄膜电阻构成的两个惠斯通电桥结构分别设计在方形硅膜表面和悬臂梁根部。采用MEMS技术和CMOS工艺在〈100〉晶向单晶硅片上实现压力/加速度传感器芯片制作,利用内引线技术将芯片封装在一个印刷电路板（PCB）上。在室温下,工作电压为5.0 V时,实验结果给出压力传感器灵敏度(a=0)为1.0 mV/kPa,加速度传感器灵敏度(p=0)为0.92 mV/g,可实现外加压力和加速度的测量,具有较好的灵敏度特性且交叉干扰较弱。     

基于MEMS传感器的风洞尾旋姿态测量研究

尾旋是飞机在失去控制后的一种极危险的飞行状态,陷入尾旋极易造成飞机的坠毁,在飞机研制过程中为了提高其机动性及抗尾旋能力,必须对这种极限飞行状态进行研究。在立式风洞中开展尾旋试验是目前效率最高,安全性最有保障的技术手段。试验测试的主要参数是飞机在尾旋及改出过程中的姿态角（包括俯仰角、偏航角和滚转角）。在此简要介绍了通过陀螺仪、加速度计和地磁计进行姿态数据融合的算法,以及采用了一种MEMS传感器进行尾旋姿态测量的试验技术,并且其姿态数据可由Zigbee无线数据模块实时传送到测量计算机。通过试验验证,该技术简单有效,不受现场环境限制,系统动态性能稳定可靠,角度测试精度为优于1°,满足了试验需求,提高了试验效率及数据质量。     

MEMS环形谐振器椭圆模态中的锚损分析（英）

环形谐振器是微机电系统（MEMS）谐振器中典型结构之一。其中,椭圆模态是环形谐振器面内振动的一阶模态,也是使用最为普遍的模态。以降低谐振器振荡时的锚损为目标,以有限元分析为技术手段,采用能量法对环形谐振器锚点的几何尺寸进行定量分析。分析结果表明,与研究者普遍认为的观点相反,谐振器锚点振荡模态的激发并不有助于提高谐振器的Q值。     

一种用于乳酸检测的新型微流控芯片

基于光度吸收原理,设计了一种集成片上混合和光纤检测功能于一体的微流控芯片,用于细胞和组织培养过程中乳酸代谢浓度的在线检测。通过光学设计软件(Zem ax)优化设计了吸收光路,得到微流控芯片沟道宽度为250μm,利用计算流体动力学软件(CFD)模拟确定了乳酸和显色剂片上混合时微流控芯片沟道的溶液完全混合位置和光纤检测点,采用微电子机械系统(MEMS)加工了基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控芯片,将片上混合和光纤检测功能集成在一个以PDMS和载玻片组成的芯片上。实验结果表明,该芯片成功实现了乳酸和显色剂的片上混合和实时检测,检出限(LOD)为0.52 mmol/L(47 mg/L),乳酸浓度从1 mmol/L变化至5 mmol/L时的芯片响应时间为130 s,能够满足细胞和组织培养过程中乳酸在线检测要求。     

高量程压阻式加速度计的Hopkinson杆冲击测试及失效分析

为了保证高量程加速度计在冲击过程中的可靠性、有效性,减小其失效几率,以Hopkinson杆作为加载手段,采用激光干涉法对量程为1.0′10~5 g_n的4端全固支压阻式梁-岛结构微加速度计进行冲击试验,并分析了高量程加速度计抗过载能力及在冲击环境下失效模式和失效机理。试验中抽样对同种结构的10只传感器分别进行了冲击测试,根据测试结果可知,该结构的微加速度计抗过载能力为1.3′10~5g_n。通过分析可知失效模式主要表现为微结构梁的断裂、裂纹、键合点脱落现象。通过研究失效模式产生的原因发现,造成结构出现断裂、裂纹现象的原因主要有两种:一是重复连续冲击测试引起微结构疲劳产生失效;二是由于在冲击过程中加速度计芯片与该过程中产生的高频信号分量发生共振导致过载瞬间增大加速度计芯片结构位移失控使结构失效。通过采用不同手段完善传感器结构,提高了其可靠性。     

环形无源万向微机电惯性开关

针对传统惯性开关阈值散布大、万向性差等缺点,设计了一种环形无源万向微机电惯性开关.环形的可动质量框作为可动电极,由内部的四根折叠悬臂梁支撑,和外部的环状固定电极有一定间隙,构成 xy 平面内的万向开关.对设计开关进行有限元动态接触仿真,结果表明开关在1000 g 加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.142 ms 和5ms,表现出较高的触发灵敏度和良好的接触效果.研究悬臂梁线宽与开关阈值加速度的关系,结果表示悬臂梁线宽的微小变化会引起阈值加速度的较大变化.利用冲击台试验对封装后的开关进行阈值试验,试验结果表明实际阈值分布在900 g ~1300 g 范围内,80%的开关阈值比设计值大.用微电镜对悬臂梁线宽进行静态测量,悬臂梁线宽加工误差大多分布于0~+2mm,加工误差直接导致开关的阈值加速度增加,设计阶段应充分考虑加工误差对阈值加速度的影响.